具有形狀自適應(yīng)的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有形狀自適應(yīng)的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指，包括第一指段、第二指段、基座、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及推動(dòng)裝置，第二指段的一端與第一指段可轉(zhuǎn)動(dòng)地相連接，另一端與基座可轉(zhuǎn)動(dòng)地相連接；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括滑動(dòng)殼體、第一連動(dòng)桿、第二連動(dòng)桿、以及可滑動(dòng)地設(shè)置于滑動(dòng)殼體的第一驅(qū)動(dòng)桿、第二驅(qū)動(dòng)桿、第一彈性構(gòu)件及第二彈性構(gòu)件，滑動(dòng)殼體可滑動(dòng)地設(shè)置于基座；第一驅(qū)動(dòng)桿與第一彈性構(gòu)件相連接，第二驅(qū)動(dòng)桿與第二彈性構(gòu)件相連接；第一連動(dòng)桿可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接第一指段與第二連動(dòng)桿，第二連動(dòng)桿可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接第一驅(qū)動(dòng)桿與第二指段，第二驅(qū)動(dòng)桿可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接第二指段；推動(dòng)裝置設(shè)置于基座上，并與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的滑動(dòng)殼體相連接。本發(fā)明的機(jī)械手指具有較好的柔順性。
【專利說(shuō)明】具有形狀自適應(yīng)的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于仿人機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種具有形狀自適應(yīng)的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指。【背景技術(shù)】
[0002]隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷應(yīng)用，仿人機(jī)械手已成為機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。近幾十年來(lái)，為了模擬人手的功能，國(guó)內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)在仿人機(jī)械手的設(shè)計(jì)、分析和控制等方面做出了卓有成效的研究，仿人機(jī)械手的研究也被認(rèn)為是最有挑戰(zhàn)性的工作之一。隨著人類社會(huì)物質(zhì)財(cái)富的增長(zhǎng)，社會(huì)對(duì)殘疾人越來(lái)越關(guān)注，將機(jī)械手作為假肢手的研究也已經(jīng)得到了社會(huì)各界的高度重視。
[0003]為了增強(qiáng)仿人機(jī)械手的擬人化，要為機(jī)械手設(shè)計(jì)較多的關(guān)節(jié)自由度，然而，為了減輕對(duì)機(jī)械手的控制難度，以及減小機(jī)械手的體積、重量，需要減少驅(qū)動(dòng)器數(shù)目，這兩者有一定的矛盾。另外，為了更好地抓取物體，還需要機(jī)械手在抓取物體時(shí)具有一定的自適應(yīng)性。因此，仿人機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)是具有形狀自適應(yīng)的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指的設(shè)計(jì)。
[0004]目前，一些欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指已被研制出來(lái)，其驅(qū)動(dòng)方式主要分為腱驅(qū)動(dòng)和連動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)。鍵驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手指在尺寸和外形上很容易做到和人的手指形狀一致，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)抓取，但由于采用繩索驅(qū)動(dòng)，機(jī)械手指抓取力量比較小，形狀易變，不易控制。采用連動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手指，抓取力比較大，能保持固定的位姿，可控性強(qiáng)，但是大部分研制出的基于連動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手指柔順性差，不易實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)抓取。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種具有形狀自適應(yīng)的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指，其能夠自動(dòng)順從彎曲，具有較好的柔順性，易實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)抓取。
[0006]本發(fā)明所提供的具有形狀自適應(yīng)的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指，包括第一指段、第二指段、基座、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及推動(dòng)裝置，所述第二指段的一端與所述第一指段可轉(zhuǎn)動(dòng)地相連接；所述基座與所述第二指段的另一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地相連接；所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括滑動(dòng)殼體、第一連動(dòng)桿、第二連動(dòng)桿、第一驅(qū)動(dòng)桿、第二驅(qū)動(dòng)桿、第一彈性構(gòu)件及第二彈性構(gòu)件，所述滑動(dòng)殼體可滑動(dòng)地設(shè)置于所述基座；所述第一驅(qū)動(dòng)桿、所述第二驅(qū)動(dòng)桿、所述第一彈性構(gòu)件及所述第二彈性構(gòu)件可滑動(dòng)地設(shè)置于所述滑動(dòng)殼體，且所述第一驅(qū)動(dòng)桿與所述第一彈性構(gòu)件相連接，所述第二驅(qū)動(dòng)桿與所述第二彈性構(gòu)件相連接；所述第一連動(dòng)桿可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接所述第一指段與所述第二連動(dòng)桿，所述第二連動(dòng)桿可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接所述第一驅(qū)動(dòng)桿與所述第二指段，所述第二驅(qū)動(dòng)桿可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接所述第二指段；所述推動(dòng)裝置設(shè)置于所述基座上，并與所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的所述滑動(dòng)殼體相連接，用于推動(dòng)所述滑動(dòng)殼體在所述基座上滑動(dòng)。
[0007]較佳地，所述第一連動(dòng)桿與所述第二連動(dòng)桿相連接的位置位于所述第二連動(dòng)桿與所述第一驅(qū)動(dòng)桿相連接的位置和所述第二連動(dòng)桿與所述第二指段相連接的位置之間，且所述第二指段、所述第二連動(dòng)桿及所述基座通過(guò)同一關(guān)節(jié)軸相連接。
[0008]較佳地，所述滑動(dòng)殼體包括第一滑動(dòng)通道、第二滑動(dòng)通道、第一凹槽及第二凹槽；所述第一驅(qū)動(dòng)桿可滑動(dòng)地設(shè)置于所述第一凹槽中，所述第二驅(qū)動(dòng)桿可滑動(dòng)地設(shè)置于所述第二凹槽中；所述第一彈性構(gòu)件設(shè)置于所述第一滑動(dòng)通道中，所述第二彈性構(gòu)件設(shè)置于所述第二滑動(dòng)通道中，所述第二滑動(dòng)通道及所述第二凹槽的長(zhǎng)度分別大于所述第一滑動(dòng)通道及所述第一凹槽的長(zhǎng)度。
[0009]較佳地，所述滑動(dòng)殼體還包括頂部、第一側(cè)部、第二側(cè)部及底部，所述第二側(cè)部的長(zhǎng)度大于所述第一側(cè)部，所述第一滑動(dòng)通道及所述第一凹槽設(shè)置于所述第一側(cè)部，所述第二滑動(dòng)通道及所述第二凹槽設(shè)置于所述第二側(cè)部；所述頂部靠近所述第二指段，所述底部與所述推動(dòng)裝置固定相連。
[0010]較佳地，所述第一彈性構(gòu)件包括第一導(dǎo)向桿及第一彈簧，所述第一導(dǎo)向桿具有頭部及與所述頭部相連接的桿部，所述第一彈簧套設(shè)于所述桿部，所述第一導(dǎo)向桿的所述頭部抵靠所述底部的內(nèi)壁，所述第一彈簧抵靠所述頂部的內(nèi)壁；所述第一導(dǎo)向桿與所述第一驅(qū)動(dòng)桿相連動(dòng)。
[0011]較佳地，所述第二彈性構(gòu)件包括第二導(dǎo)向桿、第三導(dǎo)向桿、滑塊、第二彈簧及第三彈簧，所述第二導(dǎo)向桿與所述第三導(dǎo)向桿皆具有頭部及與所述頭部相連接的桿部，所述第二彈簧套設(shè)于所述第二導(dǎo)向桿的所述桿部并抵靠所述頂部的內(nèi)壁，所述第三彈簧套設(shè)于所述第三導(dǎo)向桿的所述桿部并抵靠所述底部的內(nèi)壁；所述滑塊設(shè)置于所述第一導(dǎo)向桿的所述頭部與所述第二導(dǎo)向桿的所述頭部之間，并與所述第二驅(qū)動(dòng)桿相連接。
[0012]較佳地，所述滑動(dòng)殼體還具有第一通孔，第二通孔及第三通孔，所述第一通孔與所述第二通孔設(shè)置于所述滑動(dòng)殼體的所述頂部的內(nèi)壁上，所述第三通孔設(shè)置于所述滑動(dòng)殼體的所述底部的內(nèi)壁上；所述第一通孔與所述第一滑動(dòng)通道相連通，所述第二通孔及所述第三通孔與所述第二滑動(dòng)通道相連通；所述第一通孔與所述第一導(dǎo)向桿的所述桿部相對(duì)應(yīng)，所述第二通孔與所述第二導(dǎo)向桿的所述桿部相對(duì)應(yīng)，所述第三通孔與所述第三導(dǎo)向桿的所述桿部相對(duì)應(yīng)。
[0013]較佳地，所述第一導(dǎo)向桿的所述頭部及所述滑塊皆具有通孔，所述第一滑動(dòng)通道及第二滑動(dòng)通道的兩側(cè)皆具有狹長(zhǎng)形的開(kāi)口，所述第一滑動(dòng)通道與所述第一凹槽相對(duì)應(yīng)，所述第二滑動(dòng)通道與所述第二凹槽相對(duì)應(yīng)；所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括第一連接軸及第二連接軸，所述第一連接軸穿過(guò)所述第一滑動(dòng)通道兩側(cè)的狹長(zhǎng)形的開(kāi)口及所述第一導(dǎo)向桿的所述頭部的所述通孔，與所述第一驅(qū)動(dòng)桿相連接；所述第二連接軸穿過(guò)所述第二滑動(dòng)通道兩側(cè)的狹長(zhǎng)形的開(kāi)口及所述滑塊的所述通孔，與所述第二驅(qū)動(dòng)桿相連接。
[0014]較佳地，所述第一凹槽在所述第一側(cè)部和所述頂部處與外界連通，所述第一凹槽內(nèi)設(shè)有滑槽，所述第一驅(qū)動(dòng)桿的一端設(shè)置于所述第一凹槽的所述滑槽內(nèi)；所述第二凹槽在所述第二側(cè)部和所述頂部處與外界連通，所述第二凹槽內(nèi)也設(shè)有滑槽，所述第一驅(qū)動(dòng)桿的一端設(shè)置于所述第二凹槽的所述滑槽內(nèi)。
[0015]較佳地，所述推動(dòng)裝置為直線電機(jī)，所述直線電機(jī)的輸出軸與所述滑動(dòng)殼體相連接。
[0016]本發(fā)明所提供的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，易于控制，特別適合作為仿人機(jī)器人的機(jī)械手和假肢手，一方面，在自由彎曲時(shí)近關(guān)節(jié)和遠(yuǎn)關(guān)節(jié)可實(shí)現(xiàn)固定比例的運(yùn)動(dòng)，在抓取物體時(shí)能自動(dòng)適應(yīng)不同形狀、尺寸的物體，另一方面，在受到外界作用力式能自動(dòng)順從彎曲，具有較好的柔順性?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明的較佳實(shí)施例中的一種具有形狀自適應(yīng)的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是圖1中的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指的左視圖。
[0019]圖3是沿著圖2中的A-A線得到的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指的剖視圖。
[0020]圖4是圖3中的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ] 圖5是圖4中的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的分解示意圖。
[0022]圖6a及圖6b分別是圖1中的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指在自然彎曲狀態(tài)下的外觀示意圖及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的彈簧壓縮狀態(tài)示意圖。
[0023]圖7a及圖7b分別是圖1中的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指在第一抓握物體狀態(tài)下的外觀示意圖及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中彈簧壓縮狀態(tài)示意圖。
[0024]圖8a及圖8b分別是圖1中的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指在第二抓握物體狀態(tài)下的外觀示意圖及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中彈簧壓縮狀態(tài)示意圖。
[0025]圖9a及圖9b分別是圖1中的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指在受到外界作用力下的外觀示意圖及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中彈簧壓縮狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]如圖1所示，本發(fā)明的較佳實(shí)施例中的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指10具有形狀自適應(yīng)性，其從外形上看，主要包括第一指段11、第二指段12、基座13及推動(dòng)裝置14。當(dāng)本實(shí)施例中的機(jī)械手指10應(yīng)用于機(jī)械手時(shí)，第二指段12相較于第一指段11，更靠近機(jī)械手的手掌部位，第一指段11為機(jī)械手指的末端指段。第二指段12通過(guò)近關(guān)節(jié)軸21與第一指段11可轉(zhuǎn)動(dòng)地相連接，并通過(guò)遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸22與基座13可轉(zhuǎn)動(dòng)地相連接。推動(dòng)裝置14為一直線電機(jī)，其設(shè)置于基座13上，用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指運(yùn)動(dòng)。
[0027]在本實(shí)施例中，具體的連接方式為:第一指段11套固于近關(guān)節(jié)軸21，近關(guān)節(jié)軸21套設(shè)于第二指段12，第二指段12套固于遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸22，遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸22套設(shè)于基座13。在其他實(shí)施例中，也可采用其他連接方式，例如近關(guān)節(jié)軸21套設(shè)于第一指段11，第二指段12套固于近關(guān)節(jié)軸21，遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸22套設(shè)于第二指段12，基座13套固于遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸22，本發(fā)明對(duì)此不作限制。
[0028]請(qǐng)同時(shí)參考圖1至圖3，基座13包括基座本體131和延伸部132，延伸部132自基座本體131的側(cè)壁延伸出，用于設(shè)置電機(jī)14，當(dāng)機(jī)械手指處于自然伸直狀態(tài)時(shí)，延伸部132的延伸方向與機(jī)械手指的伸直方向D相平行，電機(jī)14的輸出軸141的延伸方向也與機(jī)械手指的伸直方向D相平行。
[0029]在本實(shí)施例中，基座13的本體131與延伸部132為一體成型，在其他實(shí)施例中，本體131與延伸部132也可分別進(jìn)行制作并連接，基座13也可具有其他形狀與構(gòu)造。
[0030]本實(shí)施例中的機(jī)械手指還包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)40，基座本體131具有容腔，用于容納驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)40。較佳地，容腔內(nèi)的側(cè)壁上具有滑道，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)40可滑動(dòng)地設(shè)置于滑道上，電機(jī)14的輸出軸141與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)40相連接，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)40的滑動(dòng)方向與電機(jī)14的輸出軸141的運(yùn)動(dòng)方向一致，以使得驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)40在輸出軸141的驅(qū)動(dòng)下，在滑道上來(lái)回滑動(dòng)。[0031]請(qǐng)同時(shí)參考圖3至圖5，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)40包括滑動(dòng)殼體41、第一驅(qū)動(dòng)桿42、第二驅(qū)動(dòng)桿43、第一導(dǎo)向桿44、第一彈簧441、第二導(dǎo)向桿45、第二彈簧451、第三導(dǎo)向桿46、第三彈簧461、滑塊47、第一連接軸48及第二連接軸49?；瑒?dòng)殼體41具有頂部41a、第一側(cè)部41b、第二側(cè)部41c及底部41d，第二側(cè)部41c的長(zhǎng)度大于第一側(cè)部41b。當(dāng)滑動(dòng)殼體41設(shè)置于基座13時(shí),第一側(cè)部41b和第二側(cè)部41c的延伸方向平行于機(jī)械手指的伸直方向D,滑動(dòng)殼體41的頂部41a靠近第二指段12，底部41d與直線電機(jī)的輸出軸141固定相連。
[0032]滑動(dòng)殼體41上開(kāi)設(shè)有第一滑動(dòng)通道411、第二滑動(dòng)通道412、第一通孔413、第二通孔414、第三通孔(圖中不可見(jiàn))、第一凹槽415和第二凹槽416。第一滑動(dòng)通道411和第一凹槽415位于第一側(cè)部41b，第二滑動(dòng)通道412和第二凹槽416位于第二側(cè)部41c，且第二滑動(dòng)通道412和第二凹槽416的長(zhǎng)度大于第一滑動(dòng)通道411和第一凹槽415的長(zhǎng)度。
[0033]第一凹槽415在第一側(cè)部41b和頂部處41a與外界連通，其第一凹槽415內(nèi)設(shè)有滑槽，第一驅(qū)動(dòng)桿42的一端設(shè)置于滑槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)可滑動(dòng)地設(shè)置于第一凹槽415內(nèi)。第一滑動(dòng)通道411在滑動(dòng)殼體41的寬度方向上與第一凹槽415相對(duì)應(yīng)。進(jìn)一步地，第一滑動(dòng)通道411的兩側(cè)具有狹長(zhǎng)形的開(kāi)口，從而使得第一滑動(dòng)通道411與第一凹槽415及外界相連通，所述狹長(zhǎng)形的開(kāi)口的延伸方向平行于機(jī)械手指的伸直方向D，第一通孔413設(shè)置于滑動(dòng)殼體41的頂部41a，且與第一滑動(dòng)通道411相連通。
[0034]第一導(dǎo)向桿44具有帶通孔的頭部以及與頭部相連接的桿部，第一彈簧441套設(shè)于第一導(dǎo)向桿44的桿部，并與第一導(dǎo)向桿44 一同設(shè)置于第一滑動(dòng)通道411內(nèi)。第一導(dǎo)向桿44的頭部抵靠滑動(dòng)殼體41的底部41d的內(nèi)壁，第一彈簧441抵靠于滑動(dòng)殼體41的頂部41a的內(nèi)壁，從而產(chǎn)生一定的預(yù)緊力。第一連接軸48通過(guò)第一滑動(dòng)通道411兩側(cè)的狹長(zhǎng)形的開(kāi)口，穿過(guò)第一導(dǎo)向桿44的頭部與第一驅(qū)動(dòng)桿42相連接，從而使得第一導(dǎo)向桿44與第一驅(qū)動(dòng)桿42連動(dòng)。
[0035]第二凹槽416在第二側(cè)部41b和頂部41a處與外界連通，第二驅(qū)動(dòng)桿43通過(guò)一端設(shè)置于滑槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)可滑動(dòng)地設(shè)置于第二凹槽416內(nèi)。第二滑動(dòng)通道412在滑動(dòng)殼體41的寬度方向上與第二凹槽416相對(duì)應(yīng)。進(jìn)一步地，第二滑動(dòng)通道412的兩側(cè)具有狹長(zhǎng)形的開(kāi)口，從而使得第二滑動(dòng)通道412與第二凹槽416及外界相連通，所述狹長(zhǎng)形的開(kāi)口的延伸方向平行于機(jī)械手指的伸直方向D。第二通孔414設(shè)置于滑動(dòng)殼體41的頂部41a且與第二滑動(dòng)通道412相連通，第三通孔設(shè)置于滑動(dòng)殼體41的底部41d且與第二滑動(dòng)通道412相連通。
[0036]第二導(dǎo)向桿45具有頭部以及與頭部相連接的桿部，第二彈簧451套設(shè)于第二導(dǎo)向桿45的桿部，并與第二導(dǎo)向桿45 —同設(shè)置于第二滑動(dòng)通道412內(nèi)。第三導(dǎo)向桿46也具有頭部以及與頭部相連接的桿部，第三彈簧461套設(shè)于第三導(dǎo)向桿46的桿部，并與第三導(dǎo)向桿46—同設(shè)置于第二滑動(dòng)通道412內(nèi)，滑塊47具有通孔，也設(shè)置于第二滑動(dòng)通道412內(nèi)。
[0037]第二彈簧451和第三彈簧461分別抵靠于滑動(dòng)殼體41的頂部41a的內(nèi)壁和底部41d的內(nèi)壁，滑塊47設(shè)置于第三導(dǎo)向桿46的頭部和第二導(dǎo)向桿45的頭部之間，從而在滑動(dòng)殼體41的兩端產(chǎn)生一定的預(yù)緊力。第二連接軸49通過(guò)第二滑動(dòng)通道412兩側(cè)的狹長(zhǎng)形的開(kāi)口，穿過(guò)滑塊47與第二驅(qū)動(dòng)桿43相連接，從而使得第二導(dǎo)向桿45、第三導(dǎo)向桿46及第二驅(qū)動(dòng)桿43連動(dòng)。
[0038]在其他實(shí)施例中，也可在第二導(dǎo)向桿45或第三導(dǎo)向桿46的頭部設(shè)置通孔，而省去滑塊47，第二連接軸49直接與第二導(dǎo)向桿45或第三導(dǎo)向桿46的頭部相連接，并進(jìn)一步連接第二驅(qū)動(dòng)桿43，從而使得第二導(dǎo)向桿45、第三導(dǎo)向桿46及第二驅(qū)動(dòng)桿43連動(dòng)，或者將第二導(dǎo)向桿45及第三導(dǎo)向桿46制作為一個(gè)構(gòu)件，中間具有通孔，兩端設(shè)置彈簧以實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)和預(yù)緊，本發(fā)明對(duì)此不作限制。
[0039]請(qǐng)同時(shí)參考圖3及圖5，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)40的滑動(dòng)殼體41可滑動(dòng)地設(shè)置于基座13的滑道上，第一驅(qū)動(dòng)桿42及第二驅(qū)動(dòng)桿43分別自第一凹槽415和第二凹槽416中伸出。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)40還包括第一連動(dòng)桿31和第二連動(dòng)桿32，用于驅(qū)動(dòng)第一指段11和第二指段12運(yùn)動(dòng)。第一連動(dòng)桿31、第二連動(dòng)桿32、第一指段11和第二指段12組成交叉四桿機(jī)構(gòu)。
[0040]第一連動(dòng)桿31的一端通過(guò)第三連接軸51與第一指段11可轉(zhuǎn)動(dòng)地相連接，另一端通過(guò)第四連接軸52與第二連動(dòng)桿32的中間部分可轉(zhuǎn)動(dòng)地相連接。第二連動(dòng)桿32的一端通過(guò)第五連接軸53與第一驅(qū)動(dòng)桿42伸出滑動(dòng)殼體41的一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地相連接，第二連動(dòng)桿32的另一端通過(guò)遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸22與第二指段12可轉(zhuǎn)動(dòng)地相連接。第二驅(qū)動(dòng)桿43伸出滑動(dòng)殼體41的一端通過(guò)第六連接軸54與第二指段12可轉(zhuǎn)動(dòng)地相連接。各部件之間具體的連接方式可為將各連接軸選擇性地套固于所連接的兩個(gè)部件中的任何一個(gè)并套設(shè)于另一個(gè)。
[0041]本實(shí)施例的機(jī)械手指在實(shí)際操作過(guò)程中，如圖1、圖2和圖3所示，第一指段11、第二指段12和基座13在伸直方向上呈一條直線，相當(dāng)于人手指的伸直狀態(tài)。如圖6a及6b所示，當(dāng)機(jī)械手指自然彎曲時(shí)，直線電機(jī)的輸出軸141帶動(dòng)滑動(dòng)殼體41在基座13的滑道內(nèi)運(yùn)動(dòng)，由于第一彈簧441、第二彈簧451及第三彈簧461具有一定的預(yù)緊力，滑動(dòng)殼體41將會(huì)帶動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)桿42和第二驅(qū)動(dòng)桿43同步運(yùn)動(dòng)，第一驅(qū)動(dòng)桿42帶動(dòng)第二連動(dòng)桿32轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)第一連動(dòng)桿31、第二指段12和第一指段11運(yùn)動(dòng)，第二驅(qū)動(dòng)桿43帶動(dòng)第二指段12轉(zhuǎn)動(dòng)，第一連動(dòng)桿31、第二連動(dòng)桿32、第一指段11和第二指段12組成交叉四桿機(jī)構(gòu)。此時(shí)，第一指段11與第二指段12之間的近關(guān)節(jié)角和第二指段12與基座13之間的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)角之比為定值，從而使得近關(guān)節(jié)和遠(yuǎn)關(guān)節(jié)可實(shí)現(xiàn)固定比例的運(yùn)動(dòng)。
[0042]對(duì)于不同形狀、尺寸的物體，本實(shí)施例中的機(jī)械手指可實(shí)現(xiàn)包絡(luò)抓取。當(dāng)物體的形狀和尺寸要求機(jī)械手指的近關(guān)節(jié)角度小于遠(yuǎn)關(guān)節(jié)角度時(shí)，包絡(luò)抓取的實(shí)施過(guò)程如圖7a和7b所示，第二指段12先與物體60接觸，此時(shí)直線電機(jī)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)殼體41運(yùn)動(dòng)，第二彈簧451將會(huì)被壓縮，第二導(dǎo)向桿45的桿部自第二通孔414中伸出，第一彈簧441不會(huì)被壓縮?；瑒?dòng)殼體41繼續(xù)帶動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)桿42運(yùn)動(dòng)，第一驅(qū)動(dòng)桿42帶動(dòng)第二連動(dòng)桿32轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)第一指段11轉(zhuǎn)動(dòng)直到第一指段11與物體60接觸。
[0043]當(dāng)物體的形狀和尺寸要求機(jī)械手指的近關(guān)節(jié)角度大于遠(yuǎn)關(guān)節(jié)角度時(shí)，包絡(luò)抓取的實(shí)施過(guò)程如圖8a和Sb所示，這種包絡(luò)抓取，第一指段11首先會(huì)與物體60間產(chǎn)生不穩(wěn)定的接觸，此時(shí)電機(jī)繼續(xù)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)殼體41運(yùn)動(dòng)，第二彈簧451和第一彈簧441都會(huì)被壓縮，第一導(dǎo)向桿44和第二導(dǎo)向桿45的桿部分別自第一通孔413和第二通孔414中伸出。由于第一指段11與物體間的接觸不穩(wěn)定，第一指段11將在物體上滑移，第一彈簧441壓縮量大于第二彈簧451的壓縮量，滑移運(yùn)動(dòng)直到接觸穩(wěn)定后停止。
[0044]當(dāng)受到外界沖擊力時(shí)，本實(shí)施例所提供的機(jī)械手指可產(chǎn)生順從運(yùn)動(dòng)以保護(hù)手指，實(shí)施過(guò)程如圖9a和9b所示，當(dāng)機(jī)械手指背部受到?jīng)_擊力F時(shí)，滑動(dòng)殼體41和第二連動(dòng)桿32固定不動(dòng)，機(jī)械手指將驅(qū)動(dòng)第二驅(qū)動(dòng)桿43運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使得第三彈簧461被壓縮，第三導(dǎo)向桿46的桿部自第三通孔中伸出，機(jī)械手指完成順從運(yùn)動(dòng)以保護(hù)機(jī)械手指。[0045]綜上所述，本發(fā)明的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，易于控制，特別適合作為仿人機(jī)器人的機(jī)械手和假肢手，其在自由彎曲時(shí)近關(guān)節(jié)和遠(yuǎn)關(guān)節(jié)可實(shí)現(xiàn)固定比例的運(yùn)動(dòng)，在抓取物體時(shí)能自動(dòng)適應(yīng)不同形狀、尺寸的物體；另一方面，本發(fā)明的機(jī)械手指在受到外界作用力時(shí)能自動(dòng)順從彎曲，具有較好的柔順性，能有效避免外力引起的損傷。
[0046]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術(shù)領(lǐng)域】中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書(shū)所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有形狀自適應(yīng)的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指，其特征在于，包括: 第一指段； 第二指段，所述第二指段的一端與所述第一指段可轉(zhuǎn)動(dòng)地相連接； 基座，所述第二指段的另一端與所述基座可轉(zhuǎn)動(dòng)地相連接； 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括滑動(dòng)殼體、第一連動(dòng)桿、第二連動(dòng)桿、第一驅(qū)動(dòng)桿、第二驅(qū)動(dòng)桿、第一彈性構(gòu)件及第二彈性構(gòu)件，所述滑動(dòng)殼體可滑動(dòng)地設(shè)置于所述基座；所述第一驅(qū)動(dòng)桿、所述第二驅(qū)動(dòng)桿、所述第一彈性構(gòu)件及所述第二彈性構(gòu)件可滑動(dòng)地設(shè)置于所述滑動(dòng)殼體，且所述第一驅(qū)動(dòng)桿與所述第一彈性構(gòu)件相連接，所述第二驅(qū)動(dòng)桿與所述第二彈性構(gòu)件相連接；所述第一連動(dòng)桿可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接所述第一指段與所述第二連動(dòng)桿，所述第二連動(dòng)桿可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接所述第一驅(qū)動(dòng)桿與所述第二指段，所述第二驅(qū)動(dòng)桿可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接所述第二指段；以及 推動(dòng)裝置，所述推動(dòng)裝置設(shè)置于所述基座上，并與所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的所述滑動(dòng)殼體相連接，用于推動(dòng)所述滑動(dòng)殼體在所述基座上滑動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有形狀自適應(yīng)的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指，其特征在于，其中，所述第一連動(dòng)桿與所述第二連動(dòng)桿相連接的位置位于所述第二連動(dòng)桿與所述第一驅(qū)動(dòng)桿相連接的位置和所述第二連動(dòng)桿與所述第二指段相連接的位置之間，且所述第二指段、所述第二連動(dòng)桿及所述基座通過(guò)同一關(guān)節(jié)軸相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有形狀自適應(yīng)的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指，其特征在于，其中所述滑動(dòng)殼體包括第一滑動(dòng)通道、第二滑動(dòng)通道、第一凹槽及第二凹槽；所述第一驅(qū)動(dòng)桿可滑動(dòng)地設(shè)置于所述第一凹槽中，所述第二驅(qū)動(dòng)桿可滑動(dòng)地設(shè)置于所述第二凹槽中；所述第一彈性構(gòu)件設(shè)置于所述第一滑動(dòng)通道中，所述第二彈性構(gòu)件設(shè)置于所述第二滑動(dòng)通道中，所述第二滑動(dòng)通道及所述第二凹槽的長(zhǎng)度分別大于所述第一滑動(dòng)通道及所述第一凹槽的長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有形狀自適應(yīng)的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指，其特征在于，其中所述滑動(dòng)殼體還包括頂部、第一側(cè)部、第二側(cè)部及底部，所述第二側(cè)部的長(zhǎng)度大于所述第一側(cè)部，所述第一滑動(dòng)通道及所述第一凹槽設(shè)置于所述第一側(cè)部，所述第二滑動(dòng)通道及所述第二凹槽設(shè)置于所述第二側(cè)部；所述頂部靠近所述第二指段，所述底部與所述推動(dòng)裝置固定相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有形狀自適應(yīng)的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指，其特征在于，其中所述第一彈性構(gòu)件包括第一導(dǎo)向桿及第一彈簧，所述第一導(dǎo)向桿具有頭部及與所述頭部相連接的桿部，所述第一彈簧套設(shè)于所述桿部，所述第一導(dǎo)向桿的所述頭部抵靠所述底部的內(nèi)壁，所述第一彈簧抵靠所述頂部的內(nèi)壁；所述第一導(dǎo)向桿與所述第一驅(qū)動(dòng)桿相連動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有形狀自適應(yīng)的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指，其特征在于，其中所述第二彈性構(gòu)件包括第二導(dǎo)向桿、第三導(dǎo)向桿、滑 塊、第二彈簧及第三彈簧，所述第二導(dǎo)向桿與所述第三導(dǎo)向桿皆具有頭部及與所述頭部相連接的桿部，所述第二彈簧套設(shè)于所述第二導(dǎo)向桿的所述桿部并抵靠所述頂部的內(nèi)壁，所述第三彈簧套設(shè)于所述第三導(dǎo)向桿的所述桿部并抵靠所述底部的內(nèi)壁；所述滑塊設(shè)置于所述第一導(dǎo)向桿的所述頭部與所述第二導(dǎo)向桿的所述頭部之間，并與所述第二驅(qū)動(dòng)桿相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有形狀自適應(yīng)的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指，其特征在于，其中所述滑動(dòng)殼體還具有第一通孔，第二通孔及第三通孔，所述第一通孔與所述第二通孔設(shè)置于所述滑動(dòng)殼體的所述頂部的內(nèi)壁上，所述第三通孔設(shè)置于所述滑動(dòng)殼體的所述底部的內(nèi)壁上；所述第一通孔與所述第一滑動(dòng)通道相連通，所述第二通孔及所述第三通孔與所述第二滑動(dòng)通道相連通；所述第一通孔與所述第一導(dǎo)向桿的所述桿部相對(duì)應(yīng)，所述第二通孔與所述第二導(dǎo)向桿的所述桿部相對(duì)應(yīng)，所述第三通孔與所述第三導(dǎo)向桿的所述桿部相對(duì)應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有形狀自適應(yīng)的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指，其特征在于，其中所述第一導(dǎo)向桿的所述頭部及所述滑塊皆具有通孔，所述第一滑動(dòng)通道及第二滑動(dòng)通道的兩側(cè)皆具有狹長(zhǎng)形的開(kāi)口，所述第一滑動(dòng)通道與所述第一凹槽相對(duì)應(yīng)，所述第二滑動(dòng)通道與所述第二凹槽相對(duì)應(yīng)；所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括第一連接軸及第二連接軸，所述第一連接軸穿過(guò)所述第一滑動(dòng)通道兩側(cè)的狹長(zhǎng)形的開(kāi)口及所述第一導(dǎo)向桿的所述頭部的所述通孔，與所述第一驅(qū)動(dòng)桿相連接；所述第二連接軸穿過(guò)所述第二滑動(dòng)通道兩側(cè)的狹長(zhǎng)形的開(kāi)口及所述滑塊的所述通孔，與所述第二驅(qū)動(dòng)桿相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有形狀自適應(yīng)的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指，其特征在于，其中所述第一凹槽在所述第一側(cè)部和所述頂部處與外界連通，所述第一凹槽內(nèi)設(shè)有滑槽，所述第一驅(qū)動(dòng)桿的一端設(shè)置于所述第一凹槽的所述滑槽內(nèi)；所述第二凹槽在所述第二側(cè)部和所述頂部處與外界連通，所述第二凹槽內(nèi)也設(shè)有滑槽，所述第一驅(qū)動(dòng)桿的一端設(shè)置于所述第二凹槽的所述滑槽內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中的任一項(xiàng)所述的具有形狀自適應(yīng)的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指，其特征在于，其中所述推動(dòng)裝置為直線電機(jī)，所述直線電機(jī)的輸出軸與所述滑動(dòng)殼體相連接。
【文檔編號(hào)】B25J15/08GK103786161SQ201410046730
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年2月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月10日
【發(fā)明者】朱向陽(yáng), 華磊, 盛鑫軍 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)